水利自动化(系统).pptVIP

圣维南提出了著名的明渠非恒定流基本方程： 此外，渠道中开启和关闭闸门都会产生水面涨水波和落水波的传播运动，其波速一般都是平均渠道水流速度的10几倍。实际上，波的前缘传播速度是渠道形状的函数，如表达式所示： 移动波的速度是一个重要的运行准则，它决定了渠道中一点的流量变化何时影响到另一点。例如，当渠的流量增大时，一般假定增加的流量以渠中水流速度向下游传播，直至到达分水闸时，分水闸处的流量才得以增加。但事实上，下游各点，在移动波峰前缘到达时流量就开始增加，比按照明渠中平均流速预测的时间要快得多。 5.4.2.2 渠道运行方式 渠道的运行方法取决于渠段水面支枢点的位置（支枢点是渠段内水面波动时，水深保持不变的位置），按其在渠道的相对位置可将渠道的运行方式分为：1.下游定水深；2.上游定水深；3.等容积；4.控制蓄量。 （a）下游定水深；（b）上游定水深；（c）等容积；（d）控制蓄量 （1）下游定水深运行方式 下游定水深运行方式是保持每一段渠下游端水深相对稳定，如图4-1（a）所示。该方式被广泛采用，其优点是渠道尺寸可按通过最大恒定流量设计，恒定状态的水深从不超过设计流量下的正常水深，棱柱体渠道尺寸和超高可以达到最小，从而减少了渠道建设费用。 在以需求为主的输水渠道中，下游定水深运行方式存在缺点，即渠段蓄量必须按与自然趋势相反的方向改变。为了实现蓄量变化，渠段上游端的入流变化必须超量补偿出流变化，入流量的变化要大于出流量的变化，直至达到新的水流恒定状态。如果可以预测需水量的变化，入流就可以超前于出流的变化而提前反应。 因此在下游定水深运行的渠道中，需水量的变化比供水量的变化更难控制，以供给为主运行的渠道要比需求为主的运行渠道反应更快、更容易，上游端较大的流量变化可能都不致发生问题，下游段的流量变化必须小且变化缓慢以避免过大的水位波动。通常采用预测，使上游流量变化超前于需要的变化量，以此来改善系统对渠段蓄量变化的反应速度。 （2）上游定水深运行方式 水面以渠段上游端为轴运动，使上游保持定水深，上游定水深方法有时也叫“水平渠岸”运行，因为渠岸必须是水平的，以适应零流量水面线， 如图4-1（b）所示。 修建水平渠岸是这个方法的主要缺点，水平渠岸大大增加了渠道建设费用，特别是对于混凝土衬筑的渠道。除了哪些控制闸之间水位落差很小的渠道和以低于最大过流能力运行的渠道外，大多数渠道都不能采用水平渠岸运行方式，除非每一渠段的下游增加渠岸和衬砌。 由于渠中水深至少应处于满流正常水深，所以分水闸可以位于渠段内任一位置。然而，如果分水闸处需要定水头，则应处于渠段上游端。弃水道也应位于同样的地方，以达到最佳的运行状态。 当结合下游运行概念时（以需求为主的运行），上游定水深运行方式更为有效，渠段下游端产生的流量变化引起渠道水深按需要的方向变化，最后达到新的恒定状态的水面线。 可见水平渠岸运行的主要优点是能很好地适应水量需求变化，具有调节蓄水量的能力。通过小流量时，渠段中的蓄量增加，可增加需求供水；通过大流量时，如果出流量减少，原水面以上可蓄存额外水量供使用。 水平渠岸运行不适用于以供水为主的渠道，否则运行低效，增加的水平渠岸建设费用将被白白浪费。 （3）等容积运行方式 这种运行方式理论上是指渠段总是保持相对稳定的蓄量，当流量变化时，水面以渠段中心为轴转动，从一种恒定流状态变化到另一种恒定流状态渠段蓄量不变，这种运行方式有时也称“同步运行”,因为同步运行闸门通常是用来保持蓄量的不变。渠段锲型蓄量的变化对称地出现于渠段中间支枢点的两侧,如图4-1（c）所示。对一给定的流量变化,每一锲形的蓄量变化相等,方向相反。当流量减少时,上游锲形蓄量减少,下游锲形蓄量增加,当流量增加时,则相反。 等容积运行的主要优点是渠段蓄量没有发生改变，因此能迅速改变整个渠系的水流状态。整个渠系在上游定水深和下游定水深运行方式条件下,水流从一种变恒定流状态到另一种恒定流状态的改变,往往需要较长的时间才能完成,而等容积运行方式避免了这种运行耗时的缺点。 等容积运行就增加渠岸工程来说，则介于上游定水深和下游定水深两种运行方式之间,优于上游定水深。但等容积运行可能会增加节制闸的数量，特别是在渠道底坡较大的情况下控制渠段长度受到限制，从而增加了工程投资。 （4）控制蓄量运行方式 渠系运行可以通过控制一个或多个渠段中的蓄水量来实现,这种运行方式的渠段没有固定的支枢点, 如图4-1（d）所示，运行以蓄量为依据, 所以流量或水深都可用作观测参数。 在几种运行方式中控制蓄量运行方式最为灵活,渠道运行可以比较容易适应正常、非正常和应急工况，因为没有固定水深的限制，运行的灵活性主要受水位波动范围限制。控制蓄量运行方式下的渠系运行能够适应较宽的流量变化范围，在没有用渠道外蓄水或使用弃水道的情况下，流量突然